中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白在代谢性肾脏疾病和肿瘤及炎症表达中的作用
赵耕，副主任技师，毕业于天津医科大学，现任天津医科大学朱宪彝纪念医院检验科副主任，天津市第八批、第九批援藏干部。在临床检验、生化、免疫、输血等领域工作27年，期间发表科研论文数篇，参与国家自然基金1项，西藏自治区藏医院管理局课题2项，主持西藏自治区自然基金课题1项。
【摘要】中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelati- nase－associated lipocalin，NGAL）作为一类新发现的脂肪细胞因子，广泛存在于机体发生代谢异常时的病变组织细胞内。大量动物及临床试验证实，NGAL可在肝脏、肾脏、心脏、胰腺、前列腺及上皮细胞中等多种组织中微表达，在肥胖-炎症-代谢综合征及其引起的胰岛素抵抗、各种慢性肾病、心脑血管疾病、炎性反应及肿瘤等疾病中参与机体生理病理表达过程，本文章主要针对NGAL与代谢性肾脏疾病、肿瘤及炎症相关临床领域所引起的肾损伤进行综述，为临床的预防、早期诊断和治疗提供依据。
【关键词】中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白；代谢性肾病；肿瘤；炎症；肾损伤
中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL），是一种分子量为25kDa的分泌性蛋白，能够自由从肾小球滤过膜滤过,最初在成熟的中性粒细胞颗粒中被发现，但后来在许多其他细胞类型中被描述。NGAL表达于肾、内皮、肝脏、平滑肌细胞、心肌细胞、神经元以及各种免疫细胞群体，如巨噬细胞和树突状细胞。研究表明NGAL可在铁运输、趋化和抑菌等过程中发挥效应。它还能作为一种生长因子，促进细胞的分化和增殖。NGAL的作用是通过两种不同的受体介导的，即24p3R和megalin，在不同组织中发挥的效应有所不同[1]。NGAL常被用作肾损伤的生物标志物，因为它在肾小管损伤时快速释放。然而，大量研究表明，NGAL不仅仅是一个简单的生物标志物，它在肾脏、心血管及代谢相关肾损伤的病理生理学中发挥着重要作用。
1. NGAL与糖尿病肾病：糖尿病肾病是糖尿病微血管并发症之一，早期容易被忽略，当尿常规检出异常时肾脏病变已非常严重，所以早期诊断尤为重要[2]。糖尿病肾病是糖尿病患者重要的死亡原因之一，随着糖尿病治疗的不断改进，死于糖尿病急性并发症的患者已大为减少，患者的生命明显延长，但是关于糖尿病的各种慢性并发症，尤其是糖尿病肾病的发生率有了明显的提高。目前临床上常用于诊断糖尿病肾病的依据是蛋白尿，它标志着肾小球的损伤。然而糖尿病肾病患者早期尿蛋白升高并不明显，因此利用蛋白尿无法早期监测。Kuwabara等[3]关于糖尿病肾病大鼠模型的研究显示，糖尿病肾病大鼠尿NGAL的水平显著升高，而且在肾小球滤过功能减退以及近端肾小管受损的大鼠尿液中大量存在。这些结果表明，尿NGAL是肾损伤的一个早期、敏感的生物标志物，可以反映肾小球和近端肾小管的损伤。Alter等[4]的研究表明，NGAL可以作为糖尿病肾病早期诊断的有效指标。Lacquaniti等[5]对1型糖尿病患者的研究表明，NGAL可以作为糖尿病肾病早期的一个有效的、敏感的生物学指标，研究提示NGAL用于早期诊断糖尿病肾病比尿蛋白更灵敏、而且简单易测，是临床可行性较强的标志物。血清NGAL与肾小球滤过率密切相关，其能准确反映肾小球滤过功能的损害程度。因此，检测血清NGAL为糖尿病肾病早期小管功能受损及临床肾脏功能受损情况的评估提供了更敏感、可靠的指标，有利于糖尿病肾病的早期诊断和早期干预治疗。糖尿病肾病导致的终末期肾病是导致患者死亡的主要原因之一，有必要对NGAL与糖尿病肾病进行更深入的研究，以期为糖尿病肾病的预防、早期诊断和治疗提供更有价值的手段[6]。
2. NGAL与高血压肾病：NGAL在高血压肾病中的升高机制与正在糖尿病肾病中的升高机制大致相同。高血压肾病是由原发性高血压引起的肾实质或肾小动脉的损伤，主要表现为蛋白尿及肾功能受损。高血压肾病是原发性高血压最常见的并发症之一，是由高血压引起肾脏结构和功能的损害，以肾脏小动脉硬化、血管壁弹性减退为主要的病理改变[7]。原发性高血压肾损害早期，多无特异性临床症状，但出现肾小球毛细血管内皮细胞功能异常及肾小球脏层上皮细胞损伤，致使其基底膜通透性增高，出现微量蛋白尿。流行病学研究结果显示，微量蛋白尿的出现早于eGFR的下降，是高血压肾病较早期的诊断指标之一[8]。NGAL是近年来发现的脂质运载蛋白家族中新成员，最初是从被激活的人类中性粒细胞上清液中分离出来的，后发现也表达于肾脏近段小管。在前期动物模型研究中，NGAL是发生急性肾损伤超早期在肾表达最高的基因和蛋白之一。近年来，更多的研究表明，NGAL在肾脏发育及肾损伤后肾小管的再生中起重要作用，在急慢性肾损伤及修复过程中表达增强，与肾小管损伤程度密切相关。由此可见，除ACR与eGFR外，NGAL可作为高血压患者早期肾损害的补充诊断指标，可作为敏感指标之一，反映出患者肾脏功能损伤状态，尤其当NGAL在异常血清水平时，对提示高血压患者出现早期肾损害有重要意义。
3. NGAL与糖、脂代谢异常：NGAL可影响糖、脂代谢的调节过程[9]。有研究显示，与正常鼠相比，NGAL缺陷鼠空腹血糖、血清胰岛素水平较低，胰岛素敏感性较强[10]。Yan等证实脂肪细胞中NGAL表达增加对胰岛素降糖效果的发挥起一定程度的抑制作用。而Huang等发现,控制其他潜在的混杂因素后，人群血清NGAL水平与糖调节受损和2型糖尿病呈独立正相关。少数研究显示循环血中NGAL水平与HDL水平呈显著负相关。这些结果可能与NGAL参与调节某些炎症细胞、炎症因子和胞内铁转运过程从而间接影响胰岛β细胞功能和胰岛素抵抗发生有关。
4. NGAL是无症状高尿酸血症及痛风早期肾损伤相关的生物标志物：蓝伦礼等[11]以不同剂量酵母和腺嘌呤诱导大鼠痛风性肾病模型，发现模型E组（该组病理结果显示肾脏病理组织变化明显，炎性细胞浸润肾小管上皮细胞肿胀，但肾小管和肾小球结构未被破坏）肾小管上皮细胞胞质NGAL表达高于正常对照组，表明痛风性肾病大鼠NGAL分泌较正常小鼠增多。彭璇等[12]研究显示，尿中NGAL和肾损伤因子1（KIM-1）在痛风伴肾功能正常组（eGFR≥90mL/min）和正常对照组之间无显著性差异，而在痛风伴肾功能早期损伤组（eGFR60～90mL/min）则高于痛风伴肾功能正常组、正常对照组，提示尿中NGAL和KIM-1在痛风伴肾功能损伤的早期诊断中具有一定价值。可见，血清和尿NGAL对肾损伤较为敏感，可作为痛风患者肾损伤的早期诊断标志物。也有研究报道NGAL是肾损伤而非肾功能的标志物，无症状HUA患者与NGAL水平密切相关的3个标志物（即ACR、UA和eGFR）中，高UA水平可能是导致NGAL水平升高的原因，其机制极可能与UA结晶依赖性途径或NADPH氧化酶途径所致肾损伤有关；而无症状HUA患者出现白蛋白尿（ACR增高）和肾功能减退（eGFR降低）的原因，则可能是高UA所致肾损伤后的继发事件。所以，血清NGAL检测不仅能够敏感地反映出无症状HUA患者的肾损伤状况，同时也可作为预测患者肾功能损害的指标[13]。因此，对无症状HUA患者积极监测血清NGAL，有利于临床及早干预，提高患者生存和生活质量，防止病情恶化向慢性肾病或肾损伤上发展。
5. NGAL与肥胖相关代谢性疾病：单纯性肥胖一般由遗传与环境因素等共同作用引起，与代谢性疾病如胰岛素抵抗、糖耐量减低及2型糖尿病的发病风险上升有关。其中胰岛素抵抗是最常见的肥胖相关代谢性疾病，可作为肥胖致病的中间环节，增加糖尿病、高血压、心血管疾病、代谢综合征、多囊卵巢综合征等疾病的发生危险[14]。在我国，随着社会经济的不断发展，在传染病和严重营养性疾病被基本控制后，单纯性肥胖问题也日益突出，成为影响人民健康的一个重要问题。中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白是一种分泌性糖蛋白，目前认为，其在人体多种生理、病理过程中发挥不可忽视的作用，具有调节炎症反应、诱导凋零、诱导凋亡、影响有丝分裂、促进细胞生长和增殖等多种复杂功能。与肥胖、胰岛素抵抗、高血糖症等密切相关。有研究显示[15]，NGAL可以作为胰岛素抵抗的标志物出现在肥胖人群中，对判断肥胖人群的身体健康状态及预测其并发症的发生具有重要意义。有研究结果提示，轻度肥胖，对肥胖引起的胰岛素抵抗可能存在某种程度的自我修复，而使胰岛功能重新达到平衡，而当肥胖达到中重度时，这种平衡将被破坏，出现胰岛素抵抗[16]。明显的肥胖可影响体内中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白、胰岛素等激素的分泌水平，使其日后出现胰岛素抵抗，甚至发生为糖尿病的可能。
6. NGAL与肿瘤：越来越多的研究显示NGAL可能在多种癌症模型中发挥作用，并提示该蛋白具有有益和有害的作用[17-18]。最近的一些综述报道了NGAL在癌症中的失调[19]。血液、尿液和组织中NGAL蛋白和mRNA水平的定量检测显示，NGAL在非微生物相关癌症（包括乳腺癌、脑癌、卵巢癌、子宫内膜癌、胰腺癌、结肠直肠癌、膀胱癌、肝癌和肺癌）中表达水平明显升高[20]。与之形成鲜明对比的是，一项研究表明，与正常组织相比[21]，NGAL在口腔癌的原发恶性和转移性组织中下调。大多数癌症中异常升高的NGAL水平与疾病严重程度显著相关。例如，在宫颈癌中，NGAL在宫颈癌组织中表达率明显高于正常的宫颈上皮组织，并且与宫颈鳞癌的分化程度、浸润深度及淋巴结转移密切相关，这与NGAL在胰腺癌中的研究结论类似。NGAL在多种消化道恶性肿瘤中均有异常表达，且与癌症的分期、远处转移、远期存活率等密切相关，这提示NGAL可能为肿瘤的早期诊断、判断预后等方面提供新方法。
7. NGAL参与炎症表达：血清或血浆NGAL水平已被证明在心力衰竭和各种其他炎症病理中与其他炎症标志物相关[22]，如TNF-α、CRP、IL-6和白细胞数量。NGAL的表达可由多种促炎刺激诱导[23]，如LPS、IL-1β、IL-6、IL-17、IFN-γ、TNF-α等。此外，NGAL的表达受到NF-κB通路的正调控，相反，NGAL本身也可以激活NF-κB通路，诱导多种促炎分子的表达，如IL-8、IL-6、TNF-α和MCP-1。这些研究结果表明NGAL在炎症条件下过度表达，进而通过诱导促炎介质的表达进一步加强炎症[24]。NGAL被认为与慢性炎症和自身免疫性疾病有关。狼疮肾炎患者尿中NGAL水平升高，并与疾病的严重程度相关。在大鼠自身免疫性心肌炎模型中，NGAL在心肌细胞、血管SMCs、成纤维细胞和中性粒细胞中高表达，并在心肌炎活动期尤其高，与心脏和血浆的IL-1β水平密切相关。在急性抗体诱导皮肤炎症模型中，与WT小鼠相比，NGAL敲除小鼠炎症程度减少约50%。此外，通过注射抗NGAL抗体的WT小鼠也有同样的效果[25]。还有文献表明，在胰腺发生炎性反应时，NGAL大量表达，有重症胰腺炎患者即使未出现肾功能不全，其体内NGAL均高于轻症胰腺炎患者。
综上所述，NGAL不仅是早期检测急性肾损伤的一个灵敏度以及特异性较高的生物学指标，也是代谢相关性疾病所致肾损伤一个有效的、易于检测的生物标志物。早发现，早诊断，早治疗是目前临床诊治疾病所追求的目标。传统诊断方法不能及时、有效地对代谢相关肾损伤早期作出诊断，这就需要不断地去挖掘灵敏度、特异性高的生物标志物（如NGAL），指导临床实践，以更好地应用于临床工作的开展，为更多的临床疾病的诊疗、预后提供新方向，发挥其诊治疾病应有的重要价值。
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